[发明专利]一种校正自适应光学系统非共光路误差的方法和系统

说明书

技术领域

本申请涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种校正自适应光学系统非共光路误差的方法和系统。

背景技术

基于波前补偿这一自适应光学原理，通常采用附图1所示的自适应光学系统补偿波前畸变以获得接近衍射极限的像质。附图1所示的自适应光学系统由变形镜、分束镜、成像探测器和波前传感器组成。其中，波前传感器为哈特曼-夏克传感器。

自适应光学系统对点目标进行观测时，点目标发出的光波在传播过程中受到外界干扰产生畸变。自适应光学系统通过对波前误差的测量和校正实现对图像质量的提升。

自适应光学系统接收畸变的波前，首先入射到变形镜上，再经过分束镜分成两束，一束进入波前传感器测量波前误差，形成测量光路；另一束进入成像探测器，形成成像光路。但是由于测量光路和成像光路所包含的光学元件不同，波前传感器的波前误差测量结果和成像光路中实际的波前误差存在一定差异，这一差异即非共光路误差。如果不考虑非共光路误差，直接根据波前传感器的波前误差测量结果进行校正，则不能完全消除成像光路中的波前误差，得到最佳的成像质量。

目前，对自适应光学系统非共光路误差的校正主要是利用相位差异技术校准非共光路误差，通过采集焦面和离焦面的多帧短曝光图像来估算波前相位误差。该方法需要通过高精度平移台移动成像探测器采集焦面和离焦面的多幅图像，在结构上比较复杂。

发明内容

本发明实施例提出一种校正自适应光学系统非共光路误差的方法，能够在不改变自适应光学系统原有光路的情况下，校正非共光路误差。

本发明实施例还提出一种校正自适应光学系统非共光路误差的系统，能够在不改变自适应光学系统原有光路的情况下，校正非共光路误差。

本发明实施例的技术方案如下：

一种校正自适应光学系统非共光路误差的方法，所述方法包括：

在波前校正器致动器的控制电压处于初始值时采集图像，根据像质评价函数计算所采集图像的像质评价函数值即第一像质评价函数值，首次校正非共光路误差时，致动器的控制电压初始值为零；

对致动器施加控制电压后再次采集图像，根据像质评价函数计算再次采集图像的像质评价函数值即第二像质评价函数值，所述控制电压等于致动器产生的随机电压与致动器的控制电压初始值之和；

按照第一像质评价函数值与第二像质评价函数的差值和数值零，重新确定致动器的控制电压初始值，再次计算第一像质评价函数值和第二像质评价函数值；

当满足停止计算条件，则停止计算致动器的控制电压初始值，记录波前传感器各个子孔径对应的光斑的质心位置，以所述位置作为波前传感器后续测量波前时的参考；

当不满足停止计算条件，迭代次数t加1；

所述停止计算条件包括：T（t-1）小于预设的阈值，T(t)=T₀/ln(1+t)，T₀是预设的初始值。

所述像质评价函数包括光斑的均方根半径函数。

所述按照第一像质评价函数值与第二像质评价函数的差值和数值零，重新确定致动器的控制电压初始值包括：

所述差值小于等于数值零，重新确定后的致动器的控制电压初始值等于当前致动器的控制电压。

所述按照第一像质评价函数值与第二像质评价函数值的差值和数值零，重新确定致动器的控制电压初始值包括：

所述差值大于数值零，且接受概率大于等于r，重新确定后的致动器的控制电压初始值等于当前致动器的控制电压。

接受概率等于P(ΔG)=exp(ΔG/T(t-1))，ΔG是第一像质评价函数值与第二像质评价函数值的差值，r是[0,1]区间上均匀分布的伪随机数。

所述按照第一像质评价函数值与第二像质评价函数的差值和数值零，重新确定致动器的控制电压初始值包括：

所述差值大于数值零，且接受概率小于r，则重新确定后的致动器的控制电压初始值等于重新确定之前的控制电压。

所述波前校正器包括变形镜。

一种校正自适应光学系统非共光路误差的系统，所述系统包括：点光源、第一透镜、反射镜、波前校正器、分束镜、第二透镜、成像探测器、第三透镜、第四透镜和波前传感器；

点光源发出的光由第一透镜经过反射镜入射到波前校正器上；

波前校正器的出射光经过分束镜分为两束光，一束光经第二透镜在成像探测器上成像；

另一束依次经第三透镜和第四透镜后进入波前传感器；

波前传感器记录各个子孔径对应的光斑的质心位置，以所述位置作为波前传感器后续测量波前时的参考。